(57)【要約】【課題】  ウォーム歯面の耐摩耗性の向上を図ることで耐久性に優れた電動パワーステアリング装置用減速ギアを提供する。【解決手段】  モータの回転軸から補助操舵力が伝達されるウォーム１１と、該ウォーム１１に噛合して補助操舵力を車輪に操舵力を伝達するための出力軸に伝達するウォームホイ―ル１２とを備えた電動パワーステアリング装置用減速ギア２０であって、ウォーム１１の少なくとも歯面に窒化層を有し、且つ該窒化層の最表面層に酸化物粒子による緻密層６を形成する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転軸から補助操舵力が伝達されるウォームと、該ウォームに噛合して前記補助操舵力を車輪に操舵力を伝達するための出力軸に伝達するウォームホイ―ルとを備えた電動パワーステアリング装置用減速ギアであって、
前記ウォームの少なくとも歯面に窒化層を有し、且つ該窒化層の最表面層に酸化物粒子による緻密層を形成したことを特徴とする電動パワーステアリング装置用減速ギア。
【請求項２】
前記酸化物粒子による緻密層がＦｅ3 Ｏ4 又はＦｅ2 Ｏ3 とＦｅ3 Ｏ4 との混合層とされ、厚さが０．５〜５μｍであることを特徴とする請求項１に記載した電動パワーステアリング装置用減速ギア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操舵補助出力発生用電動モータの出力をステアリングシャフトに伝達するための電動パワーステアリング装置用減速ギアに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車に組み込まれる電動パワーステアリング装置には、電動モータに比較的高回転、低トルクのものが使用されるため、電動モータとステアリングシャフト（出力軸）との間に減速機構が組み込まれている。
減速機構としては、一組で大きな減速比が得られる等の理由から、一般に、図６に示すように、ハウジング等に取り付けられた電動モータの回転軸（図示せず）に連結されるウォーム１１と、ウォーム１１に噛合するウォームホイール１２とを備えた電動パワーステアリング装置用減速ギア１０が用いられる。
【０００３】
そして、電動モータの回転軸からウォーム１１に伝達された補助操舵力が該ウォーム１１に噛合するウォームホイ―ル１２を介して車輪に操舵力を伝達するステアリングシャフトに伝達される。
このような減速ギア１０においては、ウォームホイ―ル１２及びウォーム１１の両方を金属製にすると、ハンドル操作時に歯打ち音や振動音等の不快音が発生するという不具合を生じることから、ウォームホイール１２については、金属製の芯管１３に外周面に歯１４を形成した樹脂部１５を一体化させたものを用いて不快音の発生を防止するようにしている。
【０００４】
ウォームホイ―ル１２の樹脂部１５の具体例としては、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等のベース樹脂にガラス繊維や炭素繊維等の強化材を配合して機械的強度を向上させた材料が用いられている。
この場合、ウォームホイ―ル１２に噛合するウォーム１１の歯面が未処理であると、ウォームホイール１２の歯面に露出した硬いガラス繊維の端部が、ウォーム１１の歯面を早期に摩耗させてしまうため、通常、ウォーム１１の歯面には軟窒化処理が施されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特公平６−６０６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１のように、ウォームホイ―ル１２の樹脂部１５に強化材を配合することで機械的強度を増して耐久性を向上させる場合、強化材の配合量によっては、ウォームホイ―ル１２に噛合するウォーム１１の歯面に軟窒化処理を施しても摩耗が発生してしまう可能性があり、ウォーム１１の歯面の更なる耐摩耗性の向上が望まれている。
本発明はこのような技術的要請に応えてなされたものであり、ウォーム歯面の耐摩耗性の向上を図ることで耐久性に優れた電動パワーステアリング装置用減速ギアを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、モータの回転軸から補助操舵力が伝達されるウォームと、該ウォームに噛合して前記補助操舵力を車輪に操舵力を伝達するための出力軸に伝達するウォームホイ―ルとを備えた電動パワーステアリング装置用減速ギアであって、
前記ウォームの少なくとも歯面に窒化層を有し、且つ該窒化層の最表面層に酸化物粒子による緻密層を形成したことを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記酸化物粒子による緻密層がＦｅ3 Ｏ4 又はＦｅ2 Ｏ3 とＦｅ3 Ｏ4 との混合層とされ、厚さが０．５〜５μｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、軟窒化処理を施した場合よりもウォーム歯面の耐摩耗性を向上させるために、ウォーム歯面に軟窒化処理を施して窒化層を形成した後、酸化処理を施すことによって、窒化層の内で摩耗の原因となる多孔質層を緻密化して該窒化層の最表面層に酸化物粒子による緻密層を形成し、これにより、ウォーム歯面の耐摩耗性を改善して耐久性に優れた電動パワーステアリング装置用減速ギアを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。なお、この実施の形態の電動パワーステアリング装置用減速ギアは、既に図６で説明した従来例と基本的構造が同様であるので、図６を流用して説明する。
本発明の実施の形態の一例である電動パワーステアリング装置用減速ギア２０は、図６を参照して、ハウジング等に取り付けられた電動モータの回転軸（図示せず）に連結されるウォーム１１と、ウォーム１１に噛合するウォームホイール１２とを備えており、ウォームホイール１２については、金属製の芯管１３に外周面に歯１４を形成した樹脂部１５が一体化されている。
【０００９】
そして、電動モータの回転軸からウォーム１１に伝達された補助操舵力が該ウォーム１１に噛合するウォームホイ―ル１２を介して車輪に操舵力を伝達するステアリングシャフトに伝達される。
ここで、この実施の形態では、ウォーム１１の材料として炭素量０．２５〜０．５０重量％程度の炭素鋼を用い、少なくともウォーム１１歯面に窒化層を有し、且つ該窒化層の最表面層に酸化物粒子による緻密層を形成している。
これにより、ウォーム１１歯面を含む表面に対して、軟窒化処理によって窒素化合物層のみが形成された従来例に対してウォーム１１歯面の耐摩耗性を改善し、耐久性に優れた電動パワーステアリング装置用減速ギアを提供することを可能にしている。
【００１０】
以下、詳述する。
一般にウォーム１１の材料として用いられているＳ２５Ｃ〜Ｓ５０Ｃ材等に代表される炭素鋼に軟窒化処理を施すと、鋼表面で窒素と鉄が反応を起こし、窒素原子が鋼中に拡散していき、最表面では窒素濃度に応じて硬質なＦｅ2 Ｎ、Ｆｅ3 Ｎ、Ｆｅ4 Ｎ等の鉄と窒素との化合物層が形成される。これらの窒化物層の硬さは、一般的にＨｖ４００以上で母材に比較して硬度が増しており、耐摩耗性、耐焼付性が改善される。
【００１１】
図１にウォーム１１に軟窒化処理を施した場合の歯断面部における窒化層を模式的に示す。また、図２に軟窒化処理による窒化層の一例を示す（ＳＥＭ像）。
図１及び図２を参照して、一般的に、軟窒化処理を施してウォーム１１歯面に形成される窒化層においては、拡散層４と母層５の上部に形成される化合物層３は、鉄系基体である母材の表面側に位置する緻密層（窒化物）２と、その外側に位置するポーラスな多孔質層１とから形成されている。
【００１２】
多孔質層１は、ポーラスで多数の空孔７を有するために、多孔質層１が多孔質層１直下の緻密層（窒化物）２よりも硬さが小さいことがネックとなり、ウォーム１１とウォームホイ―ル１２との歯面同士が衝接した場合に、多孔質層１が脱落してしまい、十分な耐摩耗性が得られなくなる。
一般的な軟窒化処理を単独で行なった場合には、化合物層３の最表面に形成される多孔質層１を無くし、化合物層３を全面に緻密層（窒化物）２にすることは困難である。したがって、この実施の形態では、ウォーム１１の歯面に対して窒化処理を行って窒化層を形成した後に、酸化熱処理工程を付与することによって最表面に形成される多孔質層１を緻密化させる。
【００１３】
図３にウォーム１１に軟窒化処理を施した後に緻密化処理を施した場合の歯断面部における窒化層を模式的に示す。また、図４に軟窒化処理を施した後に緻密化処理を施した場合の窒化層の一例を示す（ＳＥＭ像）。
図３及び図４を参照して、窒化処理後に施される多孔質層１の緻密化処理であるが、大気中において軟窒化処理温度よりも低温の３５０〜４５０°Ｃで１〜５時間保持することによって、表面から内部に向かって酸化反応が進行し、図４に示すように、最表面層に酸化物層が形成される。このときに形成される酸化物は非常に微細な粒子であり、多孔質層１部分を緻密化しながら形成される。従って、化合物層３の最表面に従来の軟窒化処理の単独処理では得ることが難しかった緻密層（酸化物）６を形成することができる。また、３５０〜４５０°Ｃで１〜５時間保持することによって、表面に形成される酸化物層自体が摺動性に優れるので摩擦係数を低下させることができ、これにより、軟窒化処理単独の場合よりも操舵性が向上する。
【００１４】
緻密層（酸化物）６を構成する酸化物粒子の組成であるが、耐摩耗性を改善するには、一般にＦｅ3 Ｏ4 が有効である。また、Ｆｅ2 Ｏ3 は硬質で相手材を攻撃するため、耐摩耗性にはあまり有効ではないといわれていたが、Ｆｅ3 Ｏ4 とＦｅ2 Ｏ3 とが混在する場合には、硬質なＦｅ2 Ｏ3 が存在することによって、緻密層（酸化物）６が強化され、耐摩耗性が向上することを見出した。従って、緻密層６を構成する酸化物の組成は、Ｆｅ3 Ｏ4 又はＦｅ2 Ｏ3 とＦｅ3 Ｏ4 との混合層とする。
【００１５】
酸化物粒子で構成される表面の緻密層６の厚さであるが、０．５μｍ未満では、緻密層６が薄いため効果が小さくなる虞れがあり、―方、緻密層６の厚さが５μｍを越える場合、酸化物層は窒化物層よりも硬さが小さいので、耐摩耗性が劣化する虞れがある。従って、緻密層６の厚さは、０．５〜５μｍの範囲が好ましい。
このようにこの実施の形態では、ウォーム１１歯面に対して窒化処理後に大気中で酸化熱処理工程を付与することによって、化合物層３の最表面に従来の軟窒化処理の単独処理では得ることが難しかった緻密層（酸化物）６を形成することができ、これにより、摩耗の原因となる窒化層における多孔質層１部分の脱落が抑制され、窒化処理単独の場合に比較して、ウォーム１１の摩耗を抑制することができる。
【００１６】
また、窒化処理後の酸化処理は、上述した条件で、大気中に所定の温度と時間で加熱保持するだけでよいので、特別な設備を必要とせず、安価に処理が可能である。
なお、前処理の窒化処理であるが、切削加工または冷間転造でウォーム１１の歯を成形後、高温で窒化処理を施すと、ウォーム１１の歯における熱処理変形量が大きくなり、歯が偏摩耗を生じたり、バックラッシュが大きくなった場合には、打音が発生しやすくなり、また、バックラッシュが小さくなると、作動トルクが重くなって、操舵性が悪化するので、軟窒化処理の温度は低温にすることが必要である。具体的には、軟窒化の処理温度は４００〜５２０°Ｃが好ましく、より好ましくは上限が４８０°Ｃとする。
【実施例】
【００１７】
本発明の効果を確認するために、Ｓ４５Ｃを用いてウォームを作製した。ウォームの歯を成形後、表１に示す各種窒化処理を施した。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
表１に示した各種軟窒化処理の条件を示す。窒化処理温度及び処理時間は次の通りである。
（ガス軟窒化(1)）
５７０°Ｃで１．５時間処理後、油冷
（ガス軟窒化(2)）
５７０°Ｃで１．５時間処理後、油冷
（塩浴窒化(1)）
５７０°Ｃで１．５時間、塩浴中で処理後、油冷
（ガス軟窒化(3)）
４００〜５２０°Ｃで３〜２４時間処理後、炉冷
（塩浴窒化(2)）
４３０〜５２０°Ｃで１〜２時間、塩浴中で処理後、油冷
【００２０】
ウォームにこれら各種の軟窒化処理を施した後、大気炉にて再加熱し、多孔質層の緻密化処理を行なった。条件は、次の通りである。
緻密化処理条件Ａ：３００〜３５０°Ｃ×２時間（放冷）
緻密化処理条件Ｂ：４００〜４５０°Ｃ×２時間（放冷）
緻密化処理条件Ｃ：５００〜５５０°Ｃ×１時間（放冷）
【００２１】
緻密化処理後、ウォームの歯の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて酸化物粒子で構成される緻密層の厚さを測定した。酸化物の種類については、Ｘ線回折によって確認した。相手材となるウォームホイ―ルの材質は、ガラス繊維を３０重量％含有するポリアミド６６とした。本試験体を用いて耐久試験を行い、その性能を評価した。
【００２２】
（耐久試験）
各試験体を実際の電動パワーステアリング装置に組み込み、操舵操作を繰り返して行った。１０万回の操舵を行い、ウォームの歯断面の観察によって、被膜厚さの減少量を確認してこれを摩耗量とした。結果を表１に併せて示す。なお、表１の摩耗量は比較例４の摩耗量を１とした場合の比で示してある。
表１に示すように、緻密化処理を行わず、酸化物粒子で構成される緻密層を備えていない比較例４、５の試験体は、摩耗量が多く、耐久性に劣ることが判る。これに対して、窒化層の最表面にＦｅ3 Ｏ4 又はＦｅ2 Ｏ3 とＦｅ3 Ｏ4 とが混合した緻密層を備えた実施例１〜９の試験体は、過酷な条件下でも摩耗量が少なく、高い耐久性を示している。特に、窒化処理温度が４８０°Ｃ以下の場合は、比較的摩耗量が小さい。
【００２３】
比較例１〜３は、軟窒化処理の温度が５７０°Ｃと高い例であり、軟窒化によってウォームの歯に熱処理変形が生じ、摩耗量が増大したと考えられる。
比較例６は、高温の大気雰囲気で緻密化処理を施した例であり、表面の酸素濃度が高くなり、緻密層を構成する酸化物の種類が硬質なＦｅ2 Ｏ3 が主体となるため、耐摩耗性が低下する。
次に、酸化物層で構成される緻密層の厚さが摩耗に及ぼす影響を確認するため、表２の条件で緻密化処理を行い、緻密層の厚さを変化させて、上述した耐久試験を実施した。なお、緻密化処理前の軟窒化処理は上述した塩浴窒化(2)を行ない、４００〜４８０°Ｃで２時間とした。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
表２に示す条件での緻密化処理によって形成される酸化物層は、Ｘ線回折によって、Ｆｅ3 Ｏ4 とＦｅ2 Ｏ3 との混合層であることを確認している。また、表２中には、緻密層の厚さと耐久試験後のウォーム歯表面の摩耗結果を示しており、図５は、緻密層の厚さと摩耗比率との関係をプロットしたものである。
表２及び図５から明らかなように、軟窒化処理後、緻密化処理を施した場合、緻密層の厚さが０．５μｍ未満の比較例７では、緻密層の厚さが薄すぎるため、十分な耐摩耗性が得られないが、緻密層の厚さが０．５μｍ〜５μｍの実施例１０〜実施例１５では、耐摩耗性が向上していることが判る。また、比較例８では、緻密層の厚さが５μｍを越えて酸化物層が厚くなり、酸化物層自体の強度が不足してしまい、摩耗量が大きくなることが判る。以上の結果から、酸化物で構成される緻密層の厚さは、０．５〜５μｍが好ましい範囲とする。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ウォームに軟窒化処理を施した場合の歯断面部における窒化層を模式的に示した説明図である。
【図２】軟窒化処理による窒化層の一例を示す写真である。
【図３】ウォームに軟窒化処理を施した後に緻密化処理を施した場合の歯断面部における窒化層を模式的に示した説明図である。
【図４】軟窒化処理を施した後に緻密化処理を施した場合の窒化層の一例を示す写真である。
【図５】緻密層（酸化物）の厚さと摩耗比率との関係を示すグラフ図である。
【図６】電動パワーステアリング装置用減速ギアの斜視図である。
【符号の説明】
【００２７】
６  緻密層（酸化物）
１１  ウォーム
１２  ウォームホイ―ル
２０  電動パワーステアリング装置用減速ギア
【図１】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図２】
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【図４】
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